Что такое группа видеокадров и что необходимо учитывать при настройке кодера
Группа видеокадров (ГВК или GOP — group of pictures) представляет собой набор последовательных изображений и определяет порядок, в котором расположены intra (I) и inter (P и B) кадры.
GOP часто обозначается двумя числами, например M = 3, N = 12. М указывает расстояние между двумя опорными кадрами (I или P), а N определяет расстояние между двумя полными изображениями (I-кадрами). Например, для M = 3 и N = 12, структура GOP будет выглядеть так: IBBPBBPBBPBBI.
I (IDR) кадры
I-кадры сжимаются независимо от каких-либо других кадров видеопоследовательности. IDR-кадр — подвид I-кадра, он же ключевой кадр. Именно с него начинается декодирование всего потока. Все кадры, которые находятся между двумя IDR-кадрами, не могут ссылаться на кадры вне этого промежутка.
Иногда при смене плана сцены текущий и предыдущий кадры различаются настолько сильно, что в начале новой сцены выгоднее использовать I-кадр вместо P или B. Кодеры умеют реагировать на такие изменения — такая возможность называется «обнаружение смены сцен» (scene change detection или SCD).
P- и B-кадры
P- и B-кадры используются, чтобы кодировать изменения в текущем кадре относительно предшествующих кадров. Наиболее универсальная структура последовательности P- и B-кадров: 2–3 B-кадра на один P-кадр.
B-кадры, как правило, в несколько раз меньше P-кадров. При этом каждый B-кадр добавляет дополнительную задержку из-за буферизации и переупорядочивания кадров. Чем больше P- и B-кадров используется, тем выше коэффициент сжатия.
Советы по настройке кодера для телевещания
Длина. Длинные GOP применяют в файлах, либо в ОТТ-вещании (например, когда длина GOP в секундах равна продолжительности сегмента). Для лайв-вещания рекомендуется сделать GOP поменьше по нескольким причинам. Например:
Структура. Иерархический (пирамидальный) GOP обеспечивает лучшее качество картинки. Этот режим позволяет B-кадрам ссылаться друг на друга. Адаптивное количество B-кадров подходит для кодирования высокодинамических видеорядов со сложным движением. В моменты сложного движения используется большее количество P-кадров и структура GOP изменяется.
Обнаружение смены сцен. Большинство кодеров детектируют изменение плана сцены и автоматически вставляют в сцену полный I-кадр. Но, если контент имеет частые смены планов (например, новости), то вставка полных кадров может привести к изменению GOP структуры. Это создаст дополнительную задержку потока на несколько секунд. Если буфер приёмного устройства переполнится, то зрители увидят стоп-кадры и рассыпание видео (обнаружение смены сцен можно увидеть на рис. 1).
Среднее значение encode ratio (avg) для всего потока, I-, P- и B-кадров. Показывает во сколько раз сжато исходное видео. C его помощью можно проверить, насколько хорошо отработал кодер в целом и выдержал ли требуемые пропорции avg[EncRatio(I)]
Посмотреть подробную информацию о видеопоследовательности и провести глубокий анализ качества видео вы можете с помощью приложений для видеоанализа StreamEye Studio.
Расчет архива системы видеонаблюдения
Для того, что бы определить размер архива или суммарный объем жестких дисков требуемый для хранения архива системы видеонаблюдения первым делом необходимо определится с кодеком сжатия. Именно от него будет зависть размер архива.
Разные кодеки имеют разную степень сжатия информации исходного файла. Основные кодеки применяемые в системах видеонаблюдения: H.264, MJPEG, MPEG4, Motion Wavelet, JPEG2000, MxPEG.
Для того, чтобы определить степень сжатия кодеков вначале расскажу о том как определяется размер несжатого кадра изображения.
Определение размера несжатого кадра
Размер несжатого кадра это произведение ширины и высоты изображения в пикселях умноженное на глубину цвета. Размер кадра не зависит от того, что изображено в кадре, т.е. размер файла без сжатия будет одинаков для любого изображения.
Online калькулятор расчёта архива (ёмкости HDD) системы видеонаблюдения.
С произведением ширины и высоты изображения сложностей не должно возникнуть, для видеокамер с разрешением 704 х 576 получим 405 504 пикселей.
Глубина цвета задаётся количеством битов, используемым для кодирования цвета точки.
Для кодирования черно-белого изображения используется 1 бит (2^1 = 2 цвета), для 16 цветов — 4 бит (2^4 = 16 цветов), для 256 цветов – 8 бит (2^8 = 256 цветов), для 16 миллионов цветов — 24 бита (2^8 = 256 различных вариантов представления цвета для каждого канала (256×256×256=16 777 216 цветов).
Современные IP видеокамеры отображают изображение с глубиной 24 бита.
Таким образом, получаем следующий размер несжатого изображения 405 504 х 24 = 9 732 096 бита.
В итоге получаем, что наше изображение в разрешении 704х576 пикселей в несжатом виде весит 1 216 512 / 1024 = 1 188 (тысяча сто восемьдесят восемь) кбайт.
Для закрепления, размер изображения из 16 цветов будет весить – 704 х 576 х 4 / 8 / 1024 = 198кбайт.
Определение размера сжатого кадра
Размер будет зависеть от типа используемого кодека. Кодеки можно поделить на два типа:
Преимущества покадровых перед межкадровыми кодеками заключается в том, что дают четкие кадры без артефактов и предсказательной логики. Любой момент можно четко рассмотреть. Нет зависимости от ключевых кадров.
Преимущества межкадровых – меньший размер кадра, соответственно уменьшение необходимой пропускной способности канала.
MJPEG и JPEG2000
Недостатками MJPEG являются более низкий коэффициент сжатия по сравнению с кодеками выполняющими сжатие последовательности изображений (H.264, MPEG4, Motion Wavelet, MxPEG) и блочная структура данных (дробление изображения на квадраты 8х8 пикселей ).
Преимуществом, относительно (H.264, MPEG4) является, то, что даёт качественные стоп-кадры, позволяющие с большей вероятностью, например выяснить номер проехавшего автомобиля.
Преимущества JPEG2000 перед MJPEG:
1. Изображения, при высоких степенях сжатия не содержат артефактов в виде “решётки” из блоков размером 8х8 пикселей.
2. Обеспечивает как сжатие с потерями, так и сжатие без потерь в кодек. Сжатие без потерь обеспечивается путем использования обратимого (целочисленного) вейвлет-преобразования;
3. Обеспечивает эффективную организацию кодового потока, которая позволяет просматривать файл с меньшей разрешающей способностью или с меньшим качеством.
Размер кадра в MJPEG и JPEG2000
Размера кадра взят из программы из on-line калькуляторов от Avigilon (максимально качество) и Axis (минимальное сжатие, камера AXIS Q6035-E, сцена Stairway (максимальный размер кадра))
В калькуляторе Axis есть возможность посмотреть пример получаемого изображения.
MxPEG
По мнению производителя (Mobotix) данный кодек, позволяет получить изображение с качеством характерным для покадровых кодеков и размером кадра (при малой интенсивности движения) в кадре близким к межкадровым.
Алгоритм проще чем у H.264, соответственно ресурсов требуется меньше. Проще тем, что не пытается предсказывать содержимое опорных кадров (видно на рис.1)
Размер кадра в MxPEG
Таблица 1. Все настройки по максимуму (качество – 90%, заполненность изображения – высокая, процент движения – очень высокий)
Таблица 2. Все настройки по максимуму, кроме заполненности изображения движения (качество – 90%, заполненность изображения – средняя, процент движения – очень высокий)
Размер кадра взяты из калькулятора от Mobotix.
Из таблиц можно сделать вывод, что данный кодек надо применять с осторожностью, если вы знаете, что часть кадра будет занимать неподвижная стена вдоль которой движение будет отсутствовать или большую часть времени изменений в кадре не предвидится, то тогда на размере архива можно сэкономить, главное не забывать про изменяющийся объем передаваемых данных и с учетом этого рассчитывать канал передачи данных.
H.264 и MPEG4
За счет мощных математических вычислений, требует больших объемов вычислений, чем другие кодеки. Как следствие устройства, обрабатывающие потоки H.264 должны обладать высокой производительностью.
Второй нюанс, аналогичен MxPEG – сложное прогнозирование потока H.264. Благодаря таким особенностям кодирования, как сохранение в последующем кадре только изменений предыдущего, объем передаваемых данных зависит от снимаемого изображения и может меняться.
Размер кадра в H.264
Размера кадра взят из программы IP Video System Design Tool (все настройки максимальные).
Видим, что степень сжатия на много превышает таковую в MxPEG. При необходимости получения архива большой глубины за меньшие средства, данный кодек является оптимальным вариантом.
Недостаток заключается в том, что за счет использования предсказательной логики, собственно и позволяющей так уменьшить средний размер кадра, не все кадры могут быть пригодными, например для индетификации.
Motion Wavelet
Данный кодек с 2005 года использует компания “ITV” в программном обеспечении “Интеллект”.
Размер кадра (разрешение 704х576) в максимальном качестве при максимальная интенсивности – 73 кБайт, высокой – 27, средней – 19. Степень сжатия соответственно – 16,2; 44; 62,5.
Расчет архива
Расчет сводится к определению размер кадра изображения, темпа записи на каждую камеру (количество кадров в секунду), необходимое количество часов записи в сутки, количество видеокамер устанавливаемых на объекте и необходимое количество суток записи.
Ориентировочный размер кадра в лучшем качестве для приведенных кодеков для любого разрешения определяем путем определения размера несжатого кадра в необходимом разрешении, после чего делим полученное изображение на степень сжатия для данного кодека.
Зная приведенные выше параметры можем рассчитать необходимую емкость жестких дисков.
Таблица — Расчет емкости жестких дисков
* синим выделены формулы в соответствии с которыми выполняется расчет, (1) – ссылка на номер строки со значением вставляемым в формулу
Нюанс:
В 12-14 строке значения делятся на 1024, т.е. в одном Гигабайте 1024 мегабайта и т.д., если будете считать объем жесткого диска в калькуляторе программы IP Video System Design Tool, то заметите, что там значения делятся на 1000.
Обосновано, тем, что производители накопителей жестких дисков (HDD) считают килобайт равным 1000 байт, а не 1024, как положено.
В комментариях можно задать вопрос по теме и вам обязательно ответят, а также можно высказать свое мнение или описать свой опыт.
Товарищи, вопросы к статьям отправляйте в Telegram. Отвечаю оперативно. Бывают форс-мажоры, но ответ в любом случае гарантирую.
Денис Маркевич – проектирую слаботочные системы более 12 лет. Хобби – блогинг, бег, велосипед. В блоге делюсь опытом, отвечаю на вопросы.
Вот и новая запись, набросок которой был уже как минимум неделю назад, но из-за занятости до ума довел только.
Расчет необходимой емкости жестких дисков сводится к определению таких параметров как размер видеокадра.
После согласования зон обзора камер видеонаблюдения, составления задания на проектирование можно.
Проектирую слаботочные системы более 15 лет, хобби – бег во всю мощь. Вопросы к статьям оставляйте в комментариях, ответ придёт, в том числе, на ваш E-mail
На Ваш email было отправлено письмо для подтверждения подписки. Откройте его и перейдите по ссылке.
Markevich.by – блог проектировщика (видеонаблюдение, сигнализация, СКУД, мультимедиа и другие)
Блог содержит статьи о проектировании, обзоры оборудования, инструкции по установке камер видеонаблюдения, отчёты о забегах и тренировках
Требования и советы по настройкам и проверке видеокамер
Видеокамера должна поддерживать передачу видео по RTSP (RTP поверх TCP)
На видео-поток обязательно должны быть выведены дата и время, которые легко читаются в любое время суток.
На камере обязательно должна быть включена синхронизация даты и времени с NTP сервером
Должен быть открыт доступ на чтение с IP адресов: Список IP-адресов серверов РосДомофон
Пояснения к требованиям
При выборе камеры обязательно убедитесь, что она поддерживает передачу видео по RTSP (англ. Real Time Streaming Protocol, или, потоковый протокол реального времени)
Опыт показал, что при битрейте камеры более 1024Кбит/с начинаются проблемы проигрывания видео на мобильных устройствах конечных пользователей. Сказываются ограничения как каналов мобильной связи, так и самих устройств.
Для абонентов, просматривающих видео в архиве важно знать точное время происходящих событий. Это особенно важно при разборе инцидентов. Поэтому на кадре всегда должно отображаться в хорошо видимой части дата и время. Пожалуйста, учитывайте, что это индивидуальное требование для каждой камеры.
Камеру могут перезагрузить в любой момент, например, при отключении питания в доме. Поэтому дата и время должны восстанавливаться автоматически. Для этого необходимо использовать синхронизацию с NTP сервером.
Если не привязать локальный IP-адрес к MAC адресу приватной камеры, то при перезагрузке роутера у камеры сменится IP-адрес. В этом случае РДА не сможет получить видео-поток, так как в личном кабинете RDEA будет указан предыдущий IP-адрес. Как это сделать: найдите настройку на роутере «Привязка IP к МАС». Укажите свободный локальный IP-адрес и МАС адрес камеры, затем сохраните настройку и перезагрузите роутер.
На стороне, где размещены видеокамеры, может быть ограничен доступа по IP. В этом случае необходимо добавить IP адреса серверов РосДомофон в white list. Это требование не относится к так называемым «приватным» камерам, у которых не локальный IP.
Как правильно выставить значение опорного кадра ( I Frame Interval, I-Frame, frame rate ).
Особенность заключается в том, что одни производители камер привязывают значение опорного кадра к единице времени, секунде. (от 1 до 20). Если производитель в настройках камеры дает нам возможность выбрать значение от 1 до 20, следовательно, в этом поле необходимо выставить значение равное количеству опорных кадров, которое мы хотим получать с камеры за 1 секунду.
В нашем случае необходимо выставить значение 1, что соответствует 1 кадру в секунду. ( см. скриншот ниже).
Другие производители камер привязывают значение опорного кадра к количеству простых кадров, через которое происходит опорный кадр (от 1 до 200). Если производитель в настройках камеры дает нам возможность выбрать значение от 1 до 200, следовательно, в этом поле необходимо выставить значение равное количеству простых кадров через которое будет происходить опорный кадр.
В нашем случае необходимо выставить значение от 10 до 15, что соответствует 10-15 кадрам между опорными кадрами . ( см. скриншот ниже).
Как проверить камеру?
После установки плеера выполните:
Нажать сохранить и закрыть окно с настройками.
После этого необходимо открыть пункт Инструменты > Сообщения, в разделе Детализация: выставить 2(отладка)
Затем перейти в раздел Медиа > Открыть URL.
Обратите внимание на качество изображения, задержку, пропуск кадров, возникающие артефакты, а также на выводимые сообщения.
Например если видите сообщение «main warning: picture is too late to be displayed (missing > 300 ms)«, то необходимо снизить настройки камеры понизив разрешение, FPS, битрейт, можно попробовать переключиться на дополнительный поток с более низкими настройками.
Какие параметры настроить, чтобы битрейт (bitrate) камеры не превышал 1Мбит/с?
Битрейт (bitrate) камеры не должен превышать 1024 Кбит/с. Это связано с ограничениями мобильных устройств.
Если такой опции нет, то bitrate настраивается с помощью изменения параметров:
Управляя этими параметрами, необходимо подобрать оптимальный баланс между качеством изображения и потреблением трафика.
Настройки потоков
Чаще всего у камеры имеется 2 потока:
Для каждого потока можно выставить индивидуальные настройки. Чаще всего встречается такой набор:
Добавление RTSP ссылки в личном кабинете RDEA:
Отдельные поля «логин» и «пароль» заполняются, если RTSP ссылка их не содержит.
Как узнать RTSP поток с IP-камеры?
Как узнать RTSP поток с помощью Onvif Device Manager?
Примеры создания RTSP ссылок от разных производителей:
RTSP ссылки для оборудования RVI
RTSP ссылки для оборудования HIKVISION
RTSP ссылки для оборудования DP5000.B2-xxT/IP-CVBS
RTSP ссылка для оборудования других производителей
Особенности конкретных моделей камер, видеорегистраторов:
Камера Vizit c70
Инструкция по отключению шифрования на оборудовании HiWatch (при включенном шифровании видеопоток передаваться не будет)
Инструкция по отключению облака Hik-Connect для оборудования Hikvision и HiWatch (при включенном Hik-Connect видеопоток передаваться не будет)
Примеры по настройке камер:
Пример настройки китайской камеры через VMS
При данных настройках камеры задержка видео-потока составляла более 5 сек, что является ошибкой. ( см. скриншот ниже)
Данные настройки камеры считаются отпимальными и имеют наименьшую задержку видео-потока. ( см. скриншот ниже)
Пример настройки камеры с админ-панелью IPC ( например HEROSPEED ):
Настройка при которой задержка более 6 секунд:
Три основных параметра, которые нужно учитывать при создании системы видеонаблюдения
Три основных параметра, которые нужно учитывать при создании системы видеонаблюдения
Создавая новую систему видеонаблюдения нужно учитывать множество параметров, от которых будет зависеть качество видео, наличие разнообразных функций, объем архива и многое другое.
Но есть три основных параметра, от которых зависит качественная работа всей системы. Рассмотрим их.
Суммарная мощность системы
Данный параметр важен для учета всех расходов, которые будет нести заказчик при эксплуатации готовой системы видеоконтроля. Обычно система мониторинга работает круглосуточно, и чем она мощнее, тем больше будет потреблять электроэнергии, а значит и расходы на эксплуатацию будут достаточно большие.
От количества камер, видеорегистраторов и другого оборудования зависит, какое количество операторов понадобиться для круглосуточного контроля за обстановкой на охраняемом объекте. Чем больше людей потребуется, тем больше будет их суммарная зарплата.
Также от количества оборудования зависит величина расходов на обслуживание и ремонт системы. куда проще провести ТО 5 видеокамер, чем 100. Это и время, и дополнительные расходы. Но обойтись без них нельзя.
Чтобы определить мощность всей системы видеонаблюдения, нужно провести несложные расчеты. Допустим, ваша система мониторинга состоит из 25 камер видеонаблюдения, при этом 9 устанавлены в здании и 16 на территории вне здания, а также одного компьютера или видеосервера и монитора.
Для расчета суммарной потребляемой мощности системы видеонаблюдения смотрим в спецификации мощность каждого устройства системы, а затем суммируем, как показано в таблице ниже:
Продолжительность работы системы
От того, сколько проработает система видеонаблюдения до того, как придется ее обновлять, также зависит величина затрат владельца системы.
Видеокамеры в системах наблюдения могут прослужить до десяти лет, видеорегистраторы — до пяти и более лет, жёсткий диск, как правило, работает порядка трёх лет, а монитор может работать десятки лет.
Поскольку все компоненты в системе являются заменяемыми, то в случае устаревания или поломки какой-либо составляющей части системы, они просто меняются на новые. Их можно заменить даже на более современные, если это позволяет система.
Срок службы видеокамеры зависит, прежде всего, от того, какая в ней стоит матрица. Существуют матрицы, которые служат очень долго. Скорее модель камеры может устареть морально и физически, чем перестанет работать из-за поломки. Поэтому долгий срок службы видеокамеры с хорошей матрицей в системе видеонаблюдения гарантирован.
Самым недолговечным компонентом в системе видеонаблюдения является жесткий диск видеорегистратора При этом HDD тоже бывают разные, в зависимости от производителя. Если используется старая система видеонаблюдения диск, как это ни странно, прослужит дольше, чем современный SDD-диск или SD карта.
Вызвано это тем, что у SDD ограниченное количество циклов перезаписи, которых хватает на 3 года, если комплектация дешёвая. Но есть и более дорогостоящие SDD-диски, срок службы которых может достигать 40 лет. Проблема лишь в том, Что сегодня нет SDD с большим объемомо памяти, который требуется для серьезной системы видеонаблюдения.
Объем и глубина архива
Объем архива – один из важнейших параметров системы видеонаблюдения, и, по-большему счету, напрямую зависит от настроек, сделанных в системем. Если запись ведется постоянно, то требуется большой объем HDD, если же запись включается по тревоге, то можно значительно сэкономить место на диске, да и использовать винчестер с меньшим объемом памяти.
Наиболее распространенной проблемой является ситуация, когда, памяти для работы не хватает. Чтобы этого не произошло, нужно точно определить величину записываемого видео в определенный промежуток времени. Как правило, она определяется записью в течение 24 часов.
Если у вас система с постоянной записью, то расчитает объем файла записи за сутки достаточно просто по следующей формуле:
Архив системы = Количество камер * Битрейт камеры (Мбит/с)* Временной промежуток (с).
Для тех, кто знает какой уровень битрейта является оптимальным для системы видеонаблюдения рассчитать объем суточной записи не составит никаких проблем. В большинстве случаев во время использования аналоговых камер выставляется битрейт 2Мбит/с. Этот параметр легко применить и к fullHD IP-камерам, частота кадров в секунду которых составляет 12, а то и все 25 (это зависит от выбранного видеокодека и того как он был реализован).
Используя вышеприведенную формулу, определим, сколько потребуется памяти для записи видео за 24 часа одной камерой с битрейтом 2048 Кбит/с.
Таким образом одна камера с битрейтом 2Мбит/с за 24 часа непрерывной записи потребует 21 Гб места на жестком диске.
Что касается глубины видеоархива, то это предельно допустимое количество времени, на протяжении которого будет записываться и храниться (без перезаписи) видеоархив. Измеряется в сутках, неделях, месяцах.
Глубина видеоархива находится в прямой зависимости от таких параметров как: объем жёсткого диска, скорости записи видеоархива, количества и разрешения видеокамер.
Величина вместимости жёстких дисков, на которые записываются транслируемые с камер наблюдения видеопотоки, называют объемом видеоархива. Имеет единицу измерения информации — Гигабайты, Терабайты и т.д.
Скорость записи видеоархива — важнейший параметр системы видеонаблюдения. Чем выше скорость, тем качественней будет картинка. Однако высокая скорость записи расходует больше места на жестком диске, соответственно и уменьшается глубина видеоархива. Самые качественные изображения получаются у систем с частотой кадров 25 кадр/с. Наиболее оптимальное считается видео со скоростью записи 12 кадр/с. Если нет необходимости в детализированном изображении, то часто используют системы со скоростью 6 кадр/с.
Количество и разрешение видеокамер — показатели, которые так же влияют на размер глубины видеоархива. Соответственно, чем больше количество камер и разрешение транслируемых видеокадров, тем меньше становится места на жестких дисках.
Глубину видеоархива определяют в зависимости от размера и сложности объекта.
Для вычисления размера архива и общего объема жестких дисков используют специальные онлайн калькуляторы. Для расчета необходимо указать вышеназванные параметры.
Некоторые калькуляторы предлагаю указать дополнительные параметры, например, интенсивность движения в кадре, которая измеряется в процентах. Так средняя интенсивность движения считается сцена с 30% изменениями в кадре и высоким количеством мелких деталей. За высокую интенсивность движения принята сцена с более чем 70% изменениями в кадре и большим количеством движущихся мелких деталей.
Помимо параметра интенсивности движения, существуют так же и другие аппаратные детекторы и способы оптимизации дискового пространства, например такие функции, как поддержка многопоточности и «линза».
Конечным результатом расчета калькулятора является вывод оптимальных значений величины видеоархива и объема жестких дисков. Например, сколько места на диске потребуется, что бы хранить видеозапись 30 дней. Или наоборот, на сколько времени хватит видеозаписи при объеме жесткого диска в 1Тбайт. Значения в зависимости от требования заказчика можно подгонять вручную, меняя либо время хранения, либо объем жестких дисков.
Таковы три основных параметра, которые обязательно нужно учитывать при создании системы видеонаблюдения. Без этого Вы не добъетесь качественной работы системы видеонаблюдения.
Наша компания «Запишем всё» с 2010 года занимается монтажом, модернизацией и обслуживанием любых систем видеонаблюдения в Москве и Подмосковье. Мы работаем быстро, качественно и по доступным ценам. Перечень услуг и цены на их вы можете посмотреть здесь.
Звоните +7 (499) 390-28-45 с 8-00 до 22-00 в любой день недели, в том числе и в выходные. Мы будем рады Вам помочь!